本發(fā)明屬于金屬材料連接性能分析，涉及一種自沖鉚接接頭成形與力學性能測試集成的有限元建模方法。

背景技術：

1、自沖鉚接技術在汽車、航空等工業(yè)領域廣泛應用于異種材料的連接。然而，不同連接方案下，材料自身的特性和厚度導致了工藝上的不確定。工程上的普遍做法是針對不同材料組合形式依據(jù)經(jīng)驗進行連接；然后，測量截面特征參數(shù)數(shù)值；最后，基于前一步的工藝結(jié)果進行料片的連接和測試。

2、由于自沖鉚接工藝在成型和性能測試方面相互獨立，導致流程繁瑣、成本高、效率低。因此，亟需一種集成化的方法來同時實現(xiàn)接頭的成型和性能測試。

3、通過計算機數(shù)值模擬的方法一直是行業(yè)內(nèi)關注的重點，該領域的學者在接頭成形階段進行了數(shù)值模擬，針對既成型的自沖鉚接接頭（即通過金相剖面視圖測量幾何參數(shù)，逆向建模）進行性能測試仿真的研究，但將接頭成型與力學性能測試模型進行耦合，開發(fā)集成模型進行高效模擬，從而替代工藝優(yōu)化及料片測試環(huán)節(jié)的工作尚未見到。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術中存在的缺點，提供一種能夠集成自沖鉚接接頭成型與力學性能測試的有限元建模方法，旨在起到替代成形和力學性能測試試驗并提高自沖鉚接接頭性能預測的準確性和效率，從力學性能響應的角度溯源工藝參數(shù)帶來的影響；解決了現(xiàn)有模擬方法中由于成型和測試相互獨立，造成的殘余應力數(shù)值丟失導致仿真精度下降的問題。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術方案：一種自沖鉚接接頭成形與力學性能測試集成的有限元建模方法，包括以下操作步驟：

3、s1、金相剖面測試；

4、s2、對自沖鉚接成形過程進行仿真，設置動力學分析步1，搭建自沖鉚接成形過程三維模型；

5、s3、對既變形的三維模型進行保留；

6、s4、對既變形的三維模型進行順序分析步設置，增加動力學分析步2，通過有限元順序分析的方法，將自沖鉚接接頭成形后的幾何參數(shù)保留，作為后續(xù)力學性能測試模型的幾何輸入，同時將自沖鉚接接頭成形后的殘余應力映射到力學性能測試模型中，作為力學測試模型的輸入；

7、s5、接頭力學性能測試條件設置；

8、s6、設置參考點，輸出自沖鉚接接頭力位移曲線；

9、s7、根據(jù)步驟s2-s5提供的自沖鉚接接頭成形與力學性能測試集成模型，對模型進行數(shù)值計算得到接頭成形后的截面參數(shù)和剪切性能測試的力位移曲線。

10、作為上述技術方案的進一步描述：在步驟s1中，根據(jù)上層板為鋁合金或高強鋼，下層板為鋁合金或鎂合金的形式進行連接組合，制作料片級自沖鉚接接頭，同時將接頭沿子午截面剖開，獲得所需的鉚接工藝參數(shù)和鉚釘鉚模型號尺寸。

11、作為上述技術方案的進一步描述：在步驟s2中，針對步驟s1中的連接組合形式，分別就對應上板和下板建立100*40母材本體料片，根據(jù)s1中所獲得的鉚接工藝參數(shù)，設置動力學分析步1，搭建自沖鉚接成形過程三維模型。

12、作為上述技術方案的進一步描述：對既變形的三維模型進行保留包括三維模型的幾何參數(shù)，應力應變參數(shù)以及材料損傷狀態(tài)的保留。

13、作為上述技術方案的進一步描述：對既變形的三維模型進行順序分析步設置包括：在動力學分析步1的基礎上，增加動力學分析步2，該分析步設置在分析步1之后。

14、作為上述技術方案的進一步描述：在分析步2中設置實際力學性能試驗中所需的固定載荷和位移載荷，實現(xiàn)自沖鉚接成形和力學性能測試的集成化。

15、作為上述技術方案的進一步描述：在步驟s5中，在分析步2中設置一字剪切載荷。

16、作為上述技術方案的進一步描述：一字剪切載荷設置為料片一端固定，另一端施加特定位移，位移量設置為大于5mm。

17、由于采用了上述技術方案，本發(fā)明取得的有益效果是：

18、a:該發(fā)明解決了現(xiàn)有模擬方法中由于成型和測試相互獨立，而造成力學測試模型的殘余應力數(shù)值影響丟失的問題。

19、b：該發(fā)明提高了自沖鉚接接頭性能預測的準確性和效率，可從力學性能響應的角度溯源工藝參數(shù)帶來的影響。

技術特征：

1.自沖鉚接接頭成形與力學性能測試集成的有限元建模方法，其特征在于，包括以下操作步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的自沖鉚接接頭成形與力學性能測試集成的有限元建模方法，其特征在于，在步驟s1中，根據(jù)上層板為鋁合金或高強鋼，下層板為鋁合金或鎂合金的形式進行連接組合，制作料片級自沖鉚接接頭，同時將接頭沿子午截面剖開，獲得所需的鉚接工藝參數(shù)和鉚釘鉚模型號尺寸。

3.根據(jù)權利要求1所述的自沖鉚接接頭成形與力學性能測試集成的有限元建模方法，其特征在于，在步驟s2中，針對步驟s1中的連接組合形式，分別就對應上板和下板建立100*40母材本體料片，根據(jù)s1中所獲得的鉚接工藝參數(shù)，設置動力學分析步1，搭建自沖鉚接成形過程三維模型。

4.根據(jù)權利要求1所述的自沖鉚接接頭成形與力學性能測試集成的有限元建模方法，其特征在于，對既變形的三維模型進行保留包括三維模型的幾何參數(shù)，應力應變參數(shù)以及材料損傷狀態(tài)的保留。

5.根據(jù)權利要求1所述的自沖鉚接接頭成形與力學性能測試集成的有限元建模方法，其特征在于，對既變形的三維模型進行順序分析步設置包括：在動力學分析步1的基礎上，增加動力學分析步2，該分析步設置在分析步1之后。

6.根據(jù)權利要求5所述的自沖鉚接接頭成形與力學性能測試集成的有限元建模方法，在分析步2中設置實際力學性能試驗中所需的固定載荷和位移載荷，實現(xiàn)自沖鉚接成形和力學性能測試的集成化。

7.根據(jù)權利要求5所述的自沖鉚接接頭成形與力學性能測試集成的有限元建模方法，在步驟s5中，在分析步2中設置一字剪切載荷。

8.根據(jù)權利要求5所述的自沖鉚接接頭成形與力學性能測試集成的有限元建模方法，一字剪切載荷設置為料片一端固定，另一端施加特定位移，位移量設置為大于5mm。

技術總結(jié)
本發(fā)明公開了一種自沖鉚接接頭成形與力學性能測試集成的有限元建模方法，包括金相剖面測試；對自沖鉚接成形過程進行仿真，設置動力學分析步1，搭建自沖鉚接成形過程三維模型；對既變形的三維模型進行保留；對既變形的三維模型進行順序分析步設置，增加動力學分析步2；接頭力學性能測試條件設置；設置參考點，輸出自沖鉚接接頭力位移曲線；對模型進行數(shù)值計算得到接頭成形后的截面參數(shù)和剪切性能測試的力位移曲線，該發(fā)明解決了現(xiàn)有模擬方法中由于成型和測試相互獨立而造成力學測試模型的殘余應力數(shù)值影響丟失的問題，提高了自沖鉚接接頭性能預測的準確性和效率，可從力學性能響應的角度溯源工藝參數(shù)帶來的影響。

技術研發(fā)人員：徐世偉,李昊,鐘志華,魯后國,祖似杰,蘆勇,林祖慶,肖培杰,李建宇,李家旭,浩慶璽
受保護的技術使用者：湖南大學蘇州研究院
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/19